为了更好的对氧化铈进行改性,以提高其储放氧性能,文章运用密度泛函理论研究了四种碱土金属元素掺杂对氧化铈体相几何结构和电子结构的影响,探讨了氧、铈、碱土金属三种元素之间的相互作用,并分析了对储放氧速率的影响。理论研究的结果为DOSC(动态储放氧)实验结果所验证。掺杂碱土金属后,基于半径效应和电价平衡效应,在面心立方结构的晶体中会产生晶格扭曲和氧空位,从而改善体相氧的扩散和迁移性能。理论计算和实验研究表明,由于Mg的离子半径太小,掺杂MgO,晶格常数变小,晶胞收缩,氧离子迁移通道变窄,增加了氧迁移的难度,氧迁移速率降低;掺杂CaO和SrO后,晶格常数变大,晶胞膨胀,降低了铈变价时的应力作用,从而降低了氧迁移的活化能,提高了体相氧的迁移能力。运用LST理论计算了氧迁移的活化能,其中Mg掺杂后,体相氧迁移的活化能升高,氧迁移能力下降;Ca、Sr掺杂后,体相氧迁移活化能降低,氧迁移能力提高。DOSC实验结果表明,在低温段(<550℃),体相氧迁移对于DOSC的贡献占主要地位;Mg掺杂体系的DOSC性能变差, Sr掺杂体系的DOSC性能提高,与理论计算的结果一致。几何结构和迁移活化能的不同归结为电子结构的影响。对碱土掺杂的氧化铈理论研究表明,掺杂CaO和SrO后,体系的离子性增强,共价性减弱,氧周围电子的重新分布变得容易;Ca、Sr掺杂宽化了铈的5p层电子,降低了5p层电子的密度,使得铈的f电子局域和离域难度降低,有利于体相氧的迁移。计算机模拟与实验相结合,可以减少研究探索的时间和精力,节省科研资金,对于未来高效地设计催化剂具有深远的影响。